Már 1842-ben Samuel Earnshaw brit matematikus kimutatta, hogy nincs állandó konfigurációja a lebegő állandó mágneseknek. Ha az egyik mágnes lebeg a másik felett, akkor a legkisebb zavar a rendszer elzáródását okozza. A mágneses felső, egy népszerű játék, elkerüli az Earnshaw-tételt: ha megzavarják, a tetejének forgó mozgása a rendszer korrekcióját okozza, és a stabilitás megmarad.
A müncheni Max Planck Quantum Optics Intézet kutatóival, az Innsbrucki Egyetem Elméleti Fizikai Intézetének Oriol Romero-Isart kutatócsoportjának és az Osztrák Tudományos Akadémia Quantum Optics and Quantum Information Intézetének fizikusaival együttműködve, most megmutatták, hogy: "A kvantumvilágban a kicsi, nem forgó nanorészecskék stabilan lebeghetnek a mágneses mezőben." "A kvantummechanikai tulajdonságok, amelyek nem figyelemre méltók a makroszkopikus világban, de erősen befolyásolják a nano objektumokat, felelősek ezért a jelenségért" - mondja Oriol Romero-Isart.
Gyromágneses hatás okozta stabilitás
Albert Einstein és Wander Johannes de Haas holland fizikus 1915-ben felfedezték, hogy a mágnesesség a kvantummechanikai elvek eredménye: az elektronok kvantumszögmomentuma vagy az úgynevezett elektronpörgés. Oriol Romero-Isart kutatócsoportjának fizikusai most kimutatták, hogy az elektronpörgés lehetővé teszi egyetlen nanomágnes stabil lebegését egy statikus mágneses mezőben, aminek lehetetlennek kell lennie a klasszikus Earnshaw-tétel szerint. Az elméleti fizikusok átfogó stabilitási elemzéseket végeztek a tárgy sugarától és a külső mágneses tér erősségétől függően. Az eredmények azt mutatták, hogy disszipáció hiányában egyensúlyi állapot jelenik meg. Ez a mechanizmus a gyromágneses hatáson alapszik: a mágneses tér irányának megváltozásakor szögmomentum keletkezik, mert a mágneses pillanat az elektronok forgásával párosul. "Ez stabilizálja a nanomágnes mágneses lebegését" - magyarázza az első szerző Cosimo Rusconi. Továbbá a kutatók bebizonyították, hogy a mágnesesen lebegtetett nanomágnesek egyensúlyi állapota összefonódik a szabadságuk fokával.
Új kutatási terület
Oriol Romero-Isart és csapata optimista abban, hogy ezek a levitált nanomagnetek hamarosan kísérleti úton megfigyelhetők. Javaslatokat tettek arra, hogyan lehet ezt reális körülmények között megvalósítani. A lebegő nanomagnetek a kísérleti kutatások új területe a fizikusok számára. Az instabil körülmények között végzett nanomágnesek vizsgálata egzotikus kvantumjelenségek felfedezéséhez vezethet. Ezenkívül több nanomágnes összekapcsolása után a kvantum-nanomágnesesség szimulálható és kísérletesen tanulmányozható volt. A lebegő nanomágnesek szintén nagy érdeklődésre tartanak számot a műszaki alkalmazások terén, például nagy pontosságú érzékelők kifejlesztése érdekében.
A kutatást az osztrák szövetségi tudományos, kutatási és közgazdasági minisztérium, a BMWFW és az Európai Kutatási Tanács ERC támogatta.